книги / Радиоприемные устройства.-1

r~i _ пп, али

Рис. 8.30

(с/п < 1) на его выходе это отношение увеличивается и оказывается рав­ ным 1.

На рис. 8.29 приведена диаграмма работы АО ”по минимуму”. Как следует из рис. 8.29, на выходе АО отношение С / П , хотя на его входе оно конечно. Таким образом, в рассмотренном случае удается полностью избавиться от по­ мехи.

В методе амплитудно-частотной избирательности для увеличения С/П одновременно используется принцип амплитудного ограничения и учитывается влияние на отношение С/П полосы пропускания тракта.

На рис. 8.30 приведена структурная схема системы ШОУ (широкополос­ ный усилитель с полосой , амплитудный ограничитель, узкополосный уси­ литель с полосой # 2)', предназначенный для подавления импульсной помехи.

Как следует из (8.31), в относительно широкополосном тракте длитель­ ность помехи оказывается малой, что исключает слияние помехи с полезным сигналом. Высокая скорость установления помехи и вследствие этого большое пиковое значение помехи (8,30) не имеют существенного значения, так как в амплитудном ограничителе отношение С/П будет доведено д о/1. После АО це­ лесообразно использовать узкополосный тракт, который уменьшит помеху и увеличит отношение С/П > 1.

Для того чтобы сужение полосы тракта не привело одновременно к недо­ пустимому искажению сигнала, следует использовать метод ШОУ только в слу­ чае различий в характеристиках сигнала и помехи, например при приеме дли­ тельных сигналов в условиях действия кратковременных помех.

Можно показать, что отношение С/П на выходе системы ШОУ пропорцио­ нально отношению полос пропускания в широкополосном и узкополосном звеньях: (С/П) = КП /П 2. Чем больше это отношение, тем выше выигрыш использования системы ШОУ, однако чрезмерные преимущества не могут быть реализованы, так как возникает дополнительное поражение сигнала в широко­ полосном тракте из-за влияния флуктуационных помех и нелинейных процес­ сов в АО. Кроме того, сужение полосы в узкополосном тракте ограничено до­ пустимой величиной искажений полезного сигнала. Поэтому отношениеП /П2 должно выбираться с учетом ряда факторов и обычно составляет 2—5. Заме­ тим, что система ШОУ обладает дополнительной эффективностью в том случае, если полезный сигнал имеет избыточность, что позволяет сделать полосу П2 весьма узкой, сохранив передаваемое сообщение.

Рис. 8.31

При приеме импульсных сигналов возможно также дополнительное улуч­ шение отношения С/П, если после узкополосного тракта использовать АО по минимуму (см. рис. 8.29). Очевидно, что при возможности полного ограниче­ ния импульсной помехи на его выходе С/П -> 00 , т. е. система ШОУ обеспечи­

вает полное подавление помехи при любом неблагоприятном отношении С/П на ее входе.

Метод компенсации импульсной помехи аналогичен методу компенсации для подавления сосредоточенной помехи (см. п. 8.3.1). Спектральная плот­ ность импульсной помехи в полосе узкополосного тракта промежуточной час­ тоты практически не изменяется, поэтому в каждом из каналов структур, при­ веденных на рис. 8.8, одновременно возникают два одинаковых колебания по­ мехи. Так как Ф1 и Ф2 расстроены, то в одном из них отсутствует сигнал, что позволяет осуществить весьма точную компенсацию помех.

Для повышения точности следует стремиться к наиболее идентичным ха­ рактеристикам каналов (одинаковые форма АЧХ и полоса пропускания), Можно осуществить адаптивное выравнивание помех в каналах, для чего вмес­ то АФ (см. рис. 8.8) используется автоматический регулятор коэффициента передачи.

Одним из методов подавления импульсной помехи является метод бПан-

кирования.

Как следует из анализа процессов, отраженных на рис. 8.28 и 8.29, коэф­ фициент передачи АО оказывается равным нулю для уровня помехи ид ^ EQf гдеEQ—порог ограничения. Однако можно обеспечить нулевое значение коэф­ фициента передачи тракта в течение всего времени действия помехи. На рис. 8.31 приведена структурная схема устройства бланкирования. Оно содер­ жит обнаружитель импульсной помехи, генератор бланкирующего импульса, ключ К , закорачивающий или разрывающий тракт на время действия помехи. Ключ следует располагать в широкополосной части тракта, так как длитель­ ность помехи в ней является минимальной, что позволит уменьшить время, в течение которого через РПУ не будет проходить полезный сигнал. Для обнару­ жения времени появления и исчезновения помехи можно использовать разли­ чия сигнала ипомехи, например по скорости изменения входного колебания во время действия содержащегося в нем импульса.

8.6. Особенности борьбы с промышленными помехами

Работа некоторых электрических установок промышленного, бытового, медицинского назначения сопровождается образованием интенсивных помех, спектр которых расположен в диапазоне радиочастот. Для многих установок

характерен процесс искро-и дугообразования, что вызывает "скачки” токов и является основной причиной промышленных или индустриальных помех. Не­ которые устройства - источники высокочастотных излучений. Это разлжные медицинские и некоторые бытовые установки (например, СВЧ-печи),атакже РПУ, гетеродины которых создают колебания, излучаемые приемной антенной или элементами конструкции. Телевизионные приемники, помимо излучения гетеродина, являются источниками помех, создаваемых генераторами развер­ ток.

Различают два способа проникновения промышленной помехи в РПУ: в виде электромагнитного поля, излучаемого источником помехи (действует на сравнительно короткие расстояния), и в виде колебания, распространяющего­ ся по токонесущим проводам — линиям электропередачи, контактным сетям электротяги (на расстояния в несколько километров). Такая помеха может проникать в РПУ в результате приема на антенну электромагнитного поля, из­ лучаемого сетью питания, или через цепи питания РПУ, подключенные к той же сети.

Существуют две группы методов борьбы с промышленной помехой: 1) в месте ее возникновения; 2) в месте приема.

Во всех странах осуществляется контроль и вводятся ограничения уров­ ней помех, создаваемых различными видами потенциальных источников ра­ диопомех. В СССР уровни помех (в виде поля на определенных расстояниях и в виде напряжения в месте подключения установки в сеть общего пользова­ ния) нормируются соответствующими ГОСТами.

Ддя уменьшения уровней помех в месте их возникновения используют: искрогасящие контуры (рис. 8.32, а ), защищающие контакты от интенсивных импульсов токов при их включении и выключении; специальные дроссельно­ конденсаторные фильтры от помех, имеющие АЧ X по типу фильтра нижних частот (рис. 8.32, б)\ эффективные экраны от полей; обращают внимание на качество контактов в работающих установках с целью уменьшения импульсов тока и тд .

В месте приема применяют методы повышения отношения С/П, защиты входа приемника и подавления помех в самом РПУ.

Так как промышленная помеха в большинстве случаев является импульс­ ным процессом, следует применять описанные методы борьбы с импульсными помехами. Часто используют вынесение антенны из зоны интенсивной помехи, применяют направленные антенны, а также антенны, не согласованные с из­ лучением источников импульсных помех по виду доминирующей составляю­ щей поля и характера поляризации радиоволны. Так, например, существенно уменьшается уровень промышленной помехи на входе РПУ, если использовать прием на магнитную антенну, слабо реагирующую на основную электрическую составляющую поля, характерную для многих источников промышленной по­ мехи.

Подавление промышленной помехи на входе РПУ достигается также при использовании приемных антенн с горизонтальной поляризацией принимаемой волны, например горизонтального вибратора. Причина этого явления —верти­ кальная поляризация волны, создаваемой рядом источников промышленных помех, вследствие чего данные источники на выходе приемной антенны не создают заметных уровней.

Рис. 8.32

Для устранения пути проникновения помехи через питающую сеть переменного тока на ее входе со стороны РПУ помещают фильтры, аналогич­ ные приведенным на рис. 8.32, б , или более простые с использованием кон­ денсаторов, включаемых параллельно сетевой обмотке силового трансформа­ тора в блоке питания РПУ. Иногда используют дополнительную экранирую­ щую обмотку (ЭО) —один или несколько слоев провода, выполняющего роль электростатического экрана, существенно ослабляющего электрический ком ­ понент поля, свойственный многим источникам помех (рис. 8.32, в) .Так как ЭО не замкнута, то влияние ее на магнитный поток трансформатора исключа­ ется.

Для уменьшения нормируемого ГОСТами излучения РПУ широко приме­ няют тщательную экранировку блока гетеродина, буферные каскады, ослабля­ ющие "просачивание* колебания гетеродина в антенну (в простейшем случае один или несколько каскадов УРЧ), специальные схемы и т.д. Иногда исполь­ зуют мостовые схемы, в которых колебания гетеродина и сигнала со входа РПУ оказываются включенными в различные диагонали электрического моста (см. рис. 5.13). Если мост сбалансирован, то колебание из одной диагонали не передается в другую диагональ, что приводит к отсутствию передачи колеба­ ния гетеродина в антенные цепи и, следовательно, на вход РПУ.

Специфический вид помех радиоприему представляют собой так называе­ мые контактные помехи, возникающие при работе бортовых РПУ, находящихся на ограниченных площадях с радиопередатчиками. Если в поле передатчика находятся контакты с нелинейными и переменными во времени сопротивлениями, например в деталях такелажа судна, то возникают интен­ сивные локальные излучения в местах контактов и связанных с ними цепях в весьма широком диапазоне частот.

8 .1 . Назовите виды помех радиоприему и укажите их основные характеристики. 8.2. Сформулируйте общие особенности основных принципов борьбы с помехами радиоприему. 8.3. Сравните раэлжные методы борьбы с сосредоточенной помехой в лжейном тракте приема. 8.4. В чем заключается отлжие разных видов нелинейного поражения при­ ема сосредоточенными помехами? 8.5. Дайте рекомендации по устранению эффектов бло­ кирования, интермодуляции. 8 .6 . Как изменяется отношение С/П в лжейном тракте РПУ при действии флуктуационной помехи? 8.7. Чем отличаются способы фильтрации сигна­ лов с помощью оптимальных и квазиоптимальных фильтратов? 8 .8 . Отчего зависит отно­ шение С/П на выходе детектора РПУ? 8.9. Как изменяется отношение С/П в лжейном тракте при действии импульсной помехи? 8.10. Сравните методы борьбы с импульсной помехой. Чем определяется их эффективность? 8.11. Дайте рекомендации по повышению эффективности компенсационного метода борьбы с помехами приему. 8.12. В каких слу­ чаях система ШОУ может полностью подавить импульсную помеху? Когда эта система не эффективна? 8.13. Приведите примеры структур корреляционных приемников дискрет­ ных сигналов. 8.14. В чем заключаются особенности борьбы с промышленной помехой?

Рис. 9.2.

Использование структуры ЦРПУ позволяет успешно реализовать новые принципы радиоприема: многоканальный прием с помощью одиночного при­ емного комплекта, а также комплексирование нескольких ЦРПУ в одну при­ емную систему. Так, если в ЦЧПТ циклически перестраивать цифровой фильтр (ЦФ), изменяя соответственно его параметры, то на выходе цифрового демоду­ лятора будут последовательно появляться сигналы всех каналов, лежащих в полосе пропускания АЧПТ. Таким образом, с помощью одноканального РПУ удается осуществить функции многоканального устройства, работающего в режиме временного уплотнения. Время, в течение которого осуществляется опрос каналов, называют периодом дискретизации Т , а рассмотренный ре­ жим работы —мультиплексным. Очевидно, что в этом режиме для обеспече­ ния m-канального приема необходимо в m раз ускорить обработку информа­ ции в каждом из каналов. Возможен и другой метод обработки многоканаль­ ной информации: ведется обработка серии отсчетов колебаний одного канала, после чего к концу серии изменяются параметры ЦФ и осуществляется обра­ ботка колебаний следующего канала и т.д. Информация о величинах отсчетов хранится в памяти ЭЦВМ.

На рис. 9.2 приведена более совершенная структура ЦРПУ, функции кото­ рого могут быть расширены на случай многовходового использования (так на­ зываемые многовходовые ЦРПУ, образующие радиоприемную систему).

Как следует из рис..9.2, структура содержитm АЧПТ, каждый из которых работает от своей антенны или элемента сложной антенной системы (фазиро­ ванной решетки). Это позволяет реализовать приемную систему, пригодную для целей частотной, пространственной или поляризационной адаптации, ког­ да каждый из РПУ принимает свой сигнал, участвующий далее в сложном про­ цессе обработки информации по заданному алгоритму. Выходы,АЧПТ через кольцевой коммутатор (КК) подключаются на вход АЦП, а далее цифровой сигнал подается на ЦЧПТ, заканчивающийся двумя выходами: аналоговым и цифровым. Для краткости на рис. 9.2 не показаны дополнительные блоки, ана­ логичные приведенным на рис. 9.1. КК работает с периодом дискретизации Т , достаточным для точных отсчетов с выхода каждого и з т каналов. Начи­ ная с АЦП, дальнейшая часть тракта работает в режиме временного уплотне­ ния. В ЦЧПТ осуществляются такие функции, необходимые для работы при­ емной системы, как оценка параметров сигналов в каналах приема, выбор

наиболее или наименее пораженного сигнала, сложение сигналов по различным алгоритмам и т.д.

Переход к передаче и обработке сигналов в цифровой форме имеет пре­ имущества, заключающиеся в малых искажениях сигнала и, следовательно, высоком качестве воспроизведения информации, возможности построения трактов передачи информации на основе ограниченного набора унифицирован­ ных узлов и элементов, что обеспечивает их технологичность и надежность, до­ ступности дополнительной обработки и отображения информации, что позво­ ляет повышать помехозащищенность и надежность радиоканалов.

Таким образом, цифровые методы в технике радиоприема отражают но­ вый качественный уровень развития радиотехники, позволяют реализовать та­ кие характеристики РПУ, которые принципиально недостижимы в технике передачи информации в аналоговой форме, перейти к полностью интегрализуемым устройствам и системам, резко усложнить тракт приема, существенно улучшив его характеристики при приемлемой стоимости и экономичности.

Далее будут рассмотрены особенности основных функциональных узлов ЦРПУ: аналого-цифровых преобразователей, фильтров, синтезаторов частот, ФАПЧ, демодуляторов, регулировки усиления. Предполагается, что читатель знаком с основами цифровой техники, изучаемой в других курсах.

9.2. Аналого-цифровые преобразователи для радиоприемных устройств

Аналого-цифровой преобразователь является ответственным узлом ЦРПУ, во многом определяющим качество его работы и предельные возможности. На входе АЦП ЦРПУ существует аддитивная смесь сигнала и помех. Если эта смесь формируется на промежуточной частоте (в узкополосном тракте проме­ жуточной частоты АЧПТ), то она может быть представлена узкополосным ко­ лебанием

а амплитуда Um ( t), фаза ф(t ) или y ( t) являются функциями времени. Специ­ фическая особенность узкополосного колебания (9.1) в ЦРПУ состоит в его близости к синусоидальному. Это свойство входного для АЦП сигнала позво­ ляет построить специализированные устройства с высокой точностью преобра­ зования, использующего, как и в любой АЦП, две операции: дискретизацию и квантование.

Под дискретизацией понимают представление аналогового (непрерывно­ го) сигнала в виде дискретной последовательности отсчетов, по которым с* за­ данной точностью может быть восстановлен исходный непрерывный сигнал.

В соответствии с теоремой Котельникова колебание u(t) с финитным (ограниченным) спектром может быть восстановлено по своим отсчетам (мгновенным значениям), взятым через интервалы Т = 1/2/в , где/ —верх­ няя частота спектра, который примыкает к нулевой частоте. Возможная ин-

и ( п Т ) Л

J__ I__ l

t

Рис. 9.3

K(F)k

терпретация последовательности отсчетов сводится к картине амплитудно-им­ пульсной модуляции (АИМ) последовательности бесконечно коротких им­

счетам и(пТ) достаточно их пропустить через ФНЧ с идеальной прямоугольной АЧХ и граничной частотой/в (рис. 9.4).

Если спектр преобразуемого колебания локализован в некоторой полосе частот (именно такие спектры существуют на выходе АЧПТ ЦРПУ), точное восстановление определяется величиной

В зависимости от соотношения частот дискретизации / и спектре сигнала / возможны различные картины распределения спектральных составляющих ко­ лебания,соответствующего АИМ (см.рис.9.3). Е сли/д < 2 / в, то спектры по­ следовательности отсчетов ’’перекрываются ”, что не позволяет точно восстано­ вить исходное колебание в ФНЧ. Если / > 2 /в , то спектры оказываются неперекрывающимися и точное восстановление становится возможным.

В процессе дискретизации следует получить соответствующие отсчеты (выборки) входного сигнала. Для этого необходим ряд последовательных операций: сначала с помощью устройства выборки и хранения (УВХ) осуще­ ствляется дискретизация u (t) , а затем с помощью собственно АЦП - квантавание отсчетов, т. е. замена каждого непрерывного отсчета его цифровым зна­ чением.

В УВХ определяется мгновенное значение u(t) в момент взятия отсчета и фиксация этого значения на некоторое время. Необходимость фиксации обус­ ловлена конечностью времени преобразования аналоговых значений в цифро­ вую форму.